3热电厂的经济性及供热系统

第三章热电厂的经济性及其供热系统•热负荷及其载热质•热电联合生产及热电厂总热耗量的分配•热电厂主要热经济性指标与热电联产节约燃料条件•热电厂的热化系数与供热式机组的选型•热电厂的供热系统一、基本概念凝汽式发电厂：只发电热电厂：发电和供热分散供热：小锅炉供应集中供热：热电厂或区域性大锅炉房凝汽式发电厂BTGB热用户热电厂GBG热用户背压式热电联产循环（与凝汽式汽轮机并列运行）TTBCG热用户调节抽汽式热电联产循环TT热电联产发展现状联产机组占同容量火电机组的份额–发达国家：60%–中国：20%左右我国政府发展热电联产的政策–发改委启动“十一五十大重点节能工程”之一–目标：2010年•城市集中供热普及率由2002年的27%提高到40%•新增供暖热电联产机组4000万千瓦•年节能能力3500万吨标准煤我国热电联产发展年份199820012003200420056MW以上供热机组台数131316062121－－6MW以上供热机组容量（MW）2493932240436906417091554占火电装机份额％12.713.3715.719.7523.8热电联产存在问题•热电发展速度过快，供热负荷不落实，名为热电，实为火电•配套热网建设滞后，集中供热无法同步实施•现有热电厂凝结水回收少，水资源浪费严重（10%）•冬季环境效益明显，夏季环境影响增大一、热负荷及其载热质1、热负荷分类季节性热负荷——用热量主要与气候有关•采暖•通风•空调非季节性热负荷——用热量与室外气温无关•热水供应•生产工艺用热2热负荷图——反映热负荷随室外温度或时间的变化（1）全日热负荷图024681012141618202224Qh(GJ/h)hQt,max(GJ/h)住宅区典型热水供应全日热负荷图年生产热负荷曲线热负荷月份123456789101112（2）热负荷随室外温度变化图供暖热负荷冬季通风热负荷热水供应热负荷Qh,GJ/ht,℃[phone]住宅区热负荷随室外温度的变化示意图总热负荷二、载热质及其选择热网——将热能由热源通过管网输送给热用户的系统供热系统——热源、热网、用户引入口及局部用热系统载热质类型水网汽网载热质回收封闭式系统半封闭式系统开放式系统热网分类二、热电联合生产及热电厂总热耗量的分配（一）热电联合生产热电分产——只生产电能或热能一种能量分散供热、分产电~热用户集中供热、分产电~热用户热电联产——热电厂中同一股蒸汽汽流先发电后供热B~热用户背压汽轮机热电联产系统优点：无冷源损失缺点：以热定电适用：稳定工业热负荷抽汽供热汽轮机热电联产系统Boiler~热用户优点：可在一定范围内调整热负荷与电负荷缺点：有冷源损失热电联产特点：–同时对用户供应电能和热能；–热能来自汽轮机中做过功的蒸汽；–能量的梯级利用；–节约能源，环保有利热电联产应用实例某城市•电负荷：43,800万度电/年•热负荷：8,032,920GJ/年两种生产方式：–热电联产：500MW抽汽供热机组–热电分产：300MW发电机组、20t/h供热锅炉联产方式节煤：20,230吨/年（标煤）节约资金：8,092,000元（二）热电厂总热耗能的分配（１）总热耗量Qtp分析新蒸汽量D0包括：凝汽汽流Dc分产供热汽流Dh,b联产供热汽流Dh,t回热抽汽汽流Dr•D0=DC+Dh,b+Dh,t+Dc•Qtp=Qc+Qh,b+Qh,t+QcBoiler~QtpD0,h0DrDhDcDh,bDh,t热用户（２）总热耗量的分配的实质pbbbltptpQQqBQ0kJ/h)()(etphtptpQQQkJ/h)()()()(etphtpletphtpltptpBBqQQqQBkg/h思路：先求供热所分配的热耗Qtp(h)和煤耗Btp(h)（3）热电厂总热耗量的分配方法1）热电联产效益归电法：热量法2）热电联产效益归热法：实际焓降法3）热电联产效益折中分配法：做功能力法净效益法热量法——热电厂总热耗按产品数量比例进行分配热电厂总热耗：供热热耗：分析(以背压式机组为例)：能量平衡式：汽轮机内效率：0()ihehQWQQQ()()()1eiieeQWQQpbnettptpQqBQ0pbhhtpQQ)(热量法特点：•从热能数量利用分配热耗，不考虑热能质量差别；•供热热耗量Qtp(h)是几种方法中最大的；•好处归电（联产发电部分没有冷源热损失）实际焓降法——按联产供热抽汽汽流在汽轮机少做的功（实际焓降不足）与新蒸汽实际焓降的比例分配热耗量分配给联产供热的热耗量：减温减压器的供热量：供热总的热耗量：发电的热耗量：)()(00,)(cchthtpthtphhDhhDQQpbbbbhbhtphhDQ)(,)(bhtpthtphtpQQD)()()()()(htptpetpQDD分析：冷源损失全部由发电承担)(,ccthhhD三、热电厂的热经济性指标•总的热经济指标–燃料利用系数–热化发电率•分项热经济性指标–发电方面的指标–供热方面的指标•热电厂的燃料节省量1、热电厂的燃料利用系数ηtp——热电厂对外供电、热之和与输入能量之比3600tphtpQQW•数量利用指标•估算燃料消耗量各型机组ηtp：•凝汽式机组：0.4•背压式机组：0.8•抽汽凝汽式供热机组：0.4～0.82、热化发电率ω——质量不等价的热化发电量与热化供热量的比值分析:–单位热化供热量的电能生产率–只与热电联产部分的热、电有关GJhkWQWthh/.3600)(0.gmhthohhhDW3600)(110zjgmjhjihhhDWG≈Dh,thh≈h’hD0h0h2D1,h1Dz-1,hz-1hzihohh热化发电量热化供热量..6()10hthhhtDhhQGJ/h外部热化发电量内部热化发电量iothihohthhQWWQW,,gmhhhhhthgmhththohohhhhhhDhhDQWηη27810)/(3600/ηη)('06'.0..热化发电率gmhhthzjjhjhhthZjgmjhjthihihhDhhDhhDhhDQWηη)()(27810)/(3600/ηη)('.1106'.110.外部热化发电率内部热化发电率gmhhthzjjhjhhhiohhDhhDhhhh)()()()(278,1100ω的影响因素–机组初参数–供热抽汽参数–回热参数–再热参数–返回水参数–补水参数–技术完善程度G≈Dh,thh≈h’hD0h0h2D1,h1Dz-1,hz-1hzω的应用–评价热电联产热功转换过程的技术完善程度的质量指标–比较相同抽汽参数供热机组间的热经济性（二）热电厂的分项热经济性指标1、发电方面的热经济性指标热电厂发电热效率热电厂发电热耗率热电厂发电标准煤耗率)()(3600etpeetpQP)()()(3600etpeetpetpPQq)()()(123.0etpesetpsetpPBb2、供热方面的热经济性指标热电厂供热热效率热电厂供热标准煤耗率)()()(按热量法分配hspbhtphhtpQQ)(6)()(1.3410/htphshtpshtpQBb（三）热电联产较分产的燃料节约量1、比较基础（1）假定联产与分产的热负荷Q、电负荷Ｗ分别相等；（2）热电分产的凝汽式机组（代替电站）的ηb、ηp、ηm和ηg与联产发电相同；（3）联产供热的锅炉效率远高于分产供热的小锅炉效率热电联产与分产的对比系统模型Bsdp=Bscp+BsdBstp=Bstp(h)+Bstp(e)热电分产~热电联产Boiler~W=Wc+Wh2、联产较分产的节煤量在能量供应水平相等的前提下：分产标煤量：Bsdp=Bscp+Bsd联产标煤量：Bstp=Bstp(h)+Bstp(e)差值：△Bs=Bdps–Btps=（Bcps–Btp（e）s）+（Bds–Btp（h）s）=△Bes+△Bhs联产发电节煤量联产供热节煤量1、供热方面的燃料节省)()(62927010dpdbsdQBhspbshtpQB29270106)()1(1.34)()()(pbdpdbhshshtpsdshQBBB01)()(pbdpdbhs分产供热煤耗：联产供热煤耗:节省燃料条件：节省煤耗:hsdbb)(节能条件：大型锅炉（考虑热网效率）2、发电方面的燃料节省gmicpbcgmpbhcscehshesetp123.0123.0..)(setpscpseBBB)()]([123.0icchigmpb0.1230.123sscpcpcpbpimgWWBbW0)(icchi分产发电煤耗联产发电煤耗节省煤耗节省燃料条件：供热汽流发电凝热汽流发电热化发电比——热化发电量占整个机组发电量的比值，反映供热机组若经济性hWXW0)(icchi节省燃料条件：)11/()11(iciichWW发电节能条件：][CXX热电联产节省燃料的条件][XX)(dbhsb四、热电厂的热化系数与供热式机组的选型)()(.MhMthtpQQahathatpQQacdoabcdob.面积面积（一）热化系数αtp——供热机组最大供热能力与热网最大热负荷之比小时热化系数αtp：年热化系数αtpa：•已建成投运的热电厂：提高αtp，供热机组热化发电量Wh愈大，热化发电比X愈大，节省燃料量愈多，经济性愈好•新建热电厂：αtp的选择与供热机组、供热系统、代替凝汽式机组的热经济性及其投资有关，应选择恰当的热化系数αtp热化系数的应用：1、热化系数的定性分析（1）αtp=1–不需设置分产供热设备；–大部分时间热负荷都小于最大热负荷，因而供热机组的热化发电量Wh↓，热化发电比↓；–凝汽流发电量Wc↑，这部分发电耗煤↑（其热经济性小于代替电站）；–非采暖期只剩下很少的热水热负荷结论：αtp=1不可取tp最大热化供热量热网最大热负荷（2）αtp1–需设置分产供热设备–绝大多数热负荷由分产供热设备来提供，多耗煤结论：没有节煤反而多耗煤，不合理tp最大热化供热量热网最大热负荷（3）αtp1（不是太小）–需设置分产供热设备、代替电站的凝汽式机组；–不足的热负荷ΔQh：分产设备供应同样热负荷比供热机组要多耗燃料；–不足的发电量（供热汽流ΔWh凝汽汽流ΔWc）：代替电站发ΔWh电比供热机组供热汽流发多耗煤，代替电站发ΔWc电比供热机组凝汽汽流少耗煤；–对整个地区能量供应系统而言是节省燃料的结论：αtp1可取取值范围：工业热负荷αtpop=0.6～0.75采暖热负荷αtpop=0.50～0.55（二）供热机组的选择•凝汽-采暖式（NC）纯背压式（B）抽汽背压式（CB）全年性负荷全年性负荷、季节性负荷季节性负荷1、供热机组的机型选择•背压式•抽汽式单抽（C）双抽（CC）N-C型~B型~~C型2、供热机组参数的选择•↑蒸汽初参数，↑机组热化发电比X；•↓供热抽汽参数，↑其热经济性；•高参数大容量供热机组采用蒸汽中间再过热，↑提高其热经济性；•采用给水回热加热，↑提高其热经济性；第6节热电厂热经济性指标计算示例已知某C50-8.82/1.27型供热机组某工况的运行数据：h0=3475kJ/kg，S0=6.7801kJ/(kgK)；hh=3024.1，Sh=6.9645，h’h=418.68；hc=2336.2，h’c=99.65；Ten=273.15K；=1，ηmηg=0.96，ηbηp=0.88，ηhs=0.98，D0=370t/h，Dc=18t/h。不考虑回热，不计散热损失求：燃料利用系数；热化发电率；发电、供热的热经济指标1、